Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

УрМатФиз / УрМатФиз с теорией

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
16.05.2024
Размер:
4.39 Mб
Скачать

fn z . -

 

!0 # r:

 

 

 

a

nr

kr

a2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

J

a ! J

a

! rdr = nk 2 J0

n :

' ( ) 2.5.49

J0

 

kr

! r, -

 

a

r !0 # )

 

 

 

 

 

 

a

 

nr

a2

 

 

 

 

Z f r z J0

2

 

 

 

a ! rdr = fn z 2 J0

n :

0

 

 

 

 

 

 

 

. ) fn z ( ,

. ( 2.5.49

f r z = z z 2h J0

a2r ! = n=1 fn z J0 anr ! :

 

1

 

X

/ ,

 

 

 

f2 z = z z 2h

fn z 0 n 6=:2

2:5:50

0 2.5.48 2.5.49 2.5.47

, ) J0 anr ! | . 2.5.14 , )

1

1

 

 

d

r

d

J0 nr

 

Zn z + d2Zn J0

nr

 

+ fn z J0

nr

 

= 0 ,

 

8r

dr

 

!!

 

a

 

!

 

a

!9

n=1

 

 

dr

a

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

:

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

nr

 

 

 

 

d2Zn

nr

 

 

 

 

 

 

 

nr

 

 

 

,

n=1

 

nJ0

a !

Zn z +

dz

2 J0

a !

+ fn z J0

 

 

a

 

!=

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

:

, 1

8d2Z2n

n

2 Zn z

+ fn z 9 J0

nr

!

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

dz

 

 

 

a !

 

 

 

 

=

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

:

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 , )

Z

z 7'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2Zn

n

!

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zn z = fn z

 

n = 1 1:

 

 

 

 

2:5:51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz2

a

 

 

 

 

 

81

2.5.48 2.5.46

 

Zn0 = 0

dZn h

= 0 n =

 

:

2:5:52

1 1

 

dz

 

 

 

 

! " # 2.5.51 , 2.5.52 , % Zn z n = 1 1! 2.5.48 , & % # .

' " # 2.5.51 , 2.5.52 n 6= 2 (

!

Zn z 0. )

" ( # n = 2:

 

 

Z2

 

2

!

2 Z2 = z

z

2h 9

 

 

 

2:5:53

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z20 = Z2 h = 0:

 

 

=

 

 

 

 

 

2:5:54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,-. (. 2.5.53

- # !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0 z = A2 sh 2z

+ B2 ch

2 z h :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

0 12 2.5.53 %

 

-

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z z = Az2 + Bz + C:

 

 

 

 

 

 

2:5:55

2.5.55 2.5.53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2A a2 !2

Az2 + Bz + C = z2 + 2hz:

 

 

, ( &

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

a

!2 B = 2h

a

!2 C = 2

a

!4 :

 

 

2

2

2

 

 

4 ", -. 12 2.5.53 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z2 z = A2 sh 2z

+B2 ch 2 z h +

 

a

 

 

2 0z2 2hz + 2

 

a

21 : 2:5:56

2

!

2

a

 

 

 

 

a

 

@

 

 

 

 

!

A

2.5.56 2.5.54 , %

A2 B2:

 

 

 

A2 = 0

 

B2 =

 

2 a= 2 4

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ch 2h=a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

82

2.5.53 , 2.5.54

 

 

2 a= 2 4

 

 

2 z h

 

 

a

 

2

0z

2

2hz + 2

a

2

1 :

 

 

Z2 z =

 

ch

 

 

 

 

+

 

 

!

 

 

 

 

 

!

2:5:57

ch 2h=a

a

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

" 2.5.44 | 2.5.46 u r z,

2.5.48 , & Z2 z 2.5.57 ,

Zn z

0

n 6=.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

2

2

 

 

2a2

 

2 z h

 

 

2

 

 

a

23

 

 

2r

u r z =

 

!

 

 

 

 

 

 

ch

 

 

 

 

 

+ z

 

2hz + 2

 

!

 

J0

a ! :

2

 

2

 

 

2h

 

 

a

 

 

 

2

7

 

 

 

 

 

6

2

ch a !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

2:5:58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5.2.

 

 

 

 

) *

4u = f r z & &

D = f r ' z : r a

0 ' 2 0 z hg c , & , , & i i | - & . &

. J0 i =

 

0 J1 i = 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

f r z = z z h J0

1r=a

u r=a= u z=0= u z=h= 0:

 

 

 

 

2.

f r z = z z 2h J0

 

1r=a

 

u

r=a

= u

z=0

= uz

z=h

= 0:

 

 

3.

f r z = z

3

3

J0

2r=a

 

u

 

 

 

 

 

 

 

= u

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

r=a

= uz

z=0

z=h

= 0:

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

f r z = z

 

2z 3h J0 2r=a

 

 

 

u

r=a

= uz

z=0

= uz

z=h

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0:

5.

f r z = z h z z h=2J0 1r=a

 

ur

 

 

 

 

 

 

 

= u

 

 

 

 

 

= u

 

6.

f r z = z h

3

 

3

J0 2r=a

 

 

 

ur

 

 

 

 

 

r=a

 

 

 

 

 

 

z=0

 

 

z=h

 

 

+ h

 

 

 

r=a

= u

z=0

= uz

z=h

= 0:

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

f r z = h

 

z

J0 3r=a

ur

r=a

= uz

z=0

= u

z=h

= 0:

 

 

8.

f r z = z

2

z h J0

2r=a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

r=a

= u

z=0

= u

z=h

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

83

9.

f r z = z 2h

z J0 2r=a u r=a= u z=0= uz z=h= 0:

 

10.

f r z = z2 z

3h=2 J0 1r=a

 

 

u

 

r=a

= uz

z=0

= uz

 

 

 

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z=h

 

 

11.

f r z = h3

z3 J0 1r=a

u

r=a

= uz

 

z=0

= u

z=h

= 0:

 

 

 

12.

f r z = h

z z2J0 2r=a

ur

r=a

= u

z=0

= u

z=h

= 0:

 

 

 

13.

f r z = z2 z

3h=2 J0 3r=a

 

 

ur

 

r=a

= u

 

z=0

= uz

z=h

= 0:

14.

f r z = z2

h2 J0 2r=a

ur

r=a

= uz

z=0

= u

z=h

= 0:

 

15.

f r z = z z

h 2J0 3r=a

u

r=a

= u

z=0

= u

z=h

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.

f r z = z2 z

3h=2 J0 3r=a

 

 

u

 

r=a

= u

 

z=0

= uz

 

z=h

= 0:

17.

f r z = h2

z2 J0 3r=a

u

r=a

= uz

 

z=0

= u

z=h

= 0:

 

 

 

18.

f r z = z2

2z3=3h J0 3r=a u r=a= uz z=0= uz z=h= 0:

19.

f r z = z z

h 2J0 3r=a

ur

r=a

= u

z=0

= u

z=h

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20.

f r z = z 2h

z J0 3r=a ur r=a= u z=0= uz z=h= 0:

 

21.

f r z = z3

h3 J0 2r=a

ur

r=a

= uz

z=0

= u

z=h

= 0:

 

22.

f r z = h

z z2J0 1r=a

u

r=a

= u

z=0

= u

z=h

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.

f r z = z

h 3 + h3 J0 2r=a

 

 

 

 

u

r=a

= u

z=0

= uz

 

 

 

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z=h

 

24.

f r z = z2

h2 J0 1r=a

u

r=a

= uz

 

z=0

= u

z=h

= 0:

 

 

 

25.

f r z = z2 z

h 2J0 2r=a

u

r=a

= uz

z=0

= uz

 

 

 

= 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z=h

 

 

 

 

 

26.

f r z = z z

h J0 1r=a ur r=a= u z=0= u z=h= 0:

 

 

 

 

84

2.6.1.

27.

f r z = z z

2h J0 1r=a

u

r=a= u z=0= uz z=h= 0:

28.

f r z = h3

z3 J0 1r=a

ur

r=a

= uz

 

= u

z=h

= 0:

 

 

 

 

 

z=0

 

 

 

 

29.

f r z = z

h z z h=2J0 1r=a

u r=a= u z=0= u z=h= 0:

30.

f r z = 3h=2 z z2J0 1r=a

u

r=a

= u

z=0

= uz

z=h

= 0:

2.6.

!" # !! r '

1

@

 

2 @u

1

@

 

@u

1

 

@2u

 

4u =

 

 

 

r

 

!+

 

 

 

sin

@ !+

 

 

 

= 0 2:6:1

r2

@r

@r

r2 sin

@

r2 sin2

@'2

' # ! #

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u r=a= g = cos 2 + cos :

 

 

2:6:2

1 D = fr ag )! # !' !

 

 

 

 

 

 

ju r ' j 1

r ! 0*

 

 

2:6:3

2 D = fr ag )! # ' !

2.12

 

u r ' = O 1r! r ! 1:

2:6:4

. , ' ! ! 2.6.2 ! - # !" ', / ! ', . . u r . ,!'2.6.1 #

1

 

@

 

2 @u

1

 

@

 

@u

 

4u =

 

 

 

r

 

! +

 

 

 

sin

@ ! = 0:

2:6:5

r2

@r

@r

r2 sin

@

12 # ! 34 2.6.5 , ! ! 52 ! 5 2.6.3" ! 5 2.6.4 " ,

u r = R r Y :

2:6:6

85

2.6.6 2.6.5

 

:

 

 

R r

 

1

 

d

dY

!

 

r + 2

 

 

 

 

 

 

sin d

 

 

 

 

sin

d

 

 

r

 

= :

 

R r

=

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2R

 

 

 

 

 

R +

 

R = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

r2

1

 

d

 

dY

 

 

 

 

sin

d ! + Y = 0:

 

sin

d

2.6.3 ,

jR0j 1:

2:6:7

2:6:8

2:6:9

$ 2.6.4 ,

R r = O 1r! & r ! 1: 2:6:102.6.8 ' (-

$* *+ = 0 =

 

jY 0j 1 jY j 0:

2:6:11

,$ -|/ * 2.6.8 , 2.6.11 .

0 & x = cos , ( 1 23 *

& Y = Y arccos x

~

 

Y x : & '

2.6.8 & ' & :

~

~

 

~

dY x =

dY x dx =

dY sin :

d

dx

d

dx

6 , & 11 3 * dd

2.6.8 & & 7 dxd sin : 2.6.8 & * & / 8

d

01

 

 

~

x

1

 

 

 

2

 

dY

~

x = 0

2:6:12

 

x

 

 

 

 

 

+ Y

dx @

 

 

dx

A

 

 

 

86

2.6.11

~

 

 

2:6:13

jY 1j 1:

2.6.12 , 2.6.13

 

n = n n + 1 n =

 

 

2:6:14

0 1

% & '( | * +

 

~

1

 

 

 

dn 2

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dxn x 1 n =

 

Yn x = Pn x Pn x = 2n n!

0 :

 

,

 

2.6.8!, 2.6.11!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2:6:15!

 

Yn ! = Pncos ! n =

0 1

:

 

 

 

&

'( 2.6.7! = n:

 

 

 

 

 

 

 

2

n n + 1!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 1:

 

 

Rn r! + rRn r!

 

r2

 

Rn r! = 0 n

 

, - . / . 4 . !, 1 24.6!:

 

Rn r! = Anrn + Bnr n+1:

2

/

 

r = 0 2.6.9! , Bn = 0 n =

0 1

. .

 

Rn r! = Anrn:

2

- / r !

1 2.6.10!

, An = 0 n = 0 1 .

Rn r! = Bnr n+1:

4 , - 2.6.6! , 5 - 7

un r ! = Rn r!Yn ! n = 0 1:

87

 

2.6.5 , 2.6.2 , 2.6.3 .

 

,

! ",

" #

 

$$%

#

r :

 

1

 

 

 

 

 

 

u r = un r =

AnrnPncos :

2:6:16

0n=0

) * +$$% An * ! 2.6.2 . , 2.6.16 2.6.2

 

1

 

 

 

 

 

g =

AnanPncos :

 

 

2:6:17

 

n=0

 

 

 

 

. * "

!

/ 0 # 1 1 12:

1

 

 

 

2

 

Z Pn x Pk x dx = Z Pncos Pkcos sin d = nk

 

:

 

 

2n

+ 1

1

0

 

 

 

 

 

 

4 # / / 2.6.17 Pkcos sin , !-10 2

Z g Pkcos sin d = Akak

2

 

k =

0 1

:

2k + 1

0

 

 

 

 

 

 

 

7 /

 

2k

+ 1

 

 

 

 

Ak =

Z g Pkcos sin d k = 0 1:

2:6:18

 

k

 

2a

0

 

 

 

* 2.6.5 , 2.6.2 , 2.6.3 " " " $ - % " u r * " $% ! " 2.6.16 , ! +$- $% An "/ " $ 2.6.18 .

. * +$$% An # , ! " - ! / 2.6.18 . , 2.6.16 2.6.2

cos + cos 2 = AnanPncos :

2:6:19

n=0

 

, / * # " 0 # : cos +cos 2 = cos +2 cos2 1 = AP0cos +BP1cos +CP2cos =

= A 1 + B cos + C 123 cos2 1:

88

 

cos

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

3

2

1 + c

os

+ 2 cos = A

 

2C! + B cos

 

+

2C cos

 

 

 

A B C:

 

 

 

 

 

 

 

8 A

1

 

8 A =

 

1

 

 

 

 

2C = 1

3

 

 

 

 

B = 1

 

B = 1

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

2C = 2

 

C =

3:

 

 

 

$

 

:

 

 

:

 

 

 

 

 

%2.6.19)

 

 

 

 

 

 

 

1P0%cos

 

 

4P2%cos ) =

1

 

 

 

 

) + 1 P1%cos ) +

X

AnanPn%cos ):

3

 

 

 

3

 

n=0

 

 

* +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A0a0 = 1

A1a = 1

A2a2 = 4

 

An = 0

 

n 6=f0 1 2g: %2:6:20)

3

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

%2.6.20) %2.6.16) - . /

u%r ) =

1P0%cos

) + a 1rP1%cos ) +

4a 2r2P2%cos

) =

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

1

 

 

2

 

 

=

3

+ a

1r cos +

3a 2r2%3 cos2 1):

%2:6:21)

0 1 - %2.6.5), %2.6.2), %2.6.4). $ - 4 -1 . - .:

 

1

 

 

1

 

 

u%r ) =

X

un%r

) =

X

Bnr n+1 Pn%cos ):

%2:6:22)

 

n=0

 

 

n=0

 

 

5 / Bn . / 6 . %2.6.2).%2.6.22) %2.6.2)

1

g% ) = X Bna n+1 Pn%cos ):

n=0

89

,

 

2k + 1ak+1

 

 

Bk =

Z g Pkcos sin d :

2:6:23

 

2

0

 

! ! " # 2.6.5 , 2.6.2 , 2.6.4

' ()

u r , ' () 2.6.22 , ( *'' )- , n ,# - ' 2.6.23 .

. ! " # ( *'' ) , n " , / ( -- 2.6.23 . 0 ( 2.6.22 2.6.2 #

 

 

 

 

cos + cos 2 =

 

 

 

Bna n+1 Pncos :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- #

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

P0

cos + 1 P1cos +

P2cos =

 

 

 

Bna

n+1

Pncos :

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=0

 

 

 

 

 

 

 

 

1-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B0a 1 =

1

B1a 2 = 1

 

B2a 3

= 4

 

 

Bn

= 0 n 6=f0 1 2g: 2:6:24

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 2.6.24 2.6.22 # ! ! " #

u r =

 

1

ar

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

r

2

P1cos +

4

 

3

r

3

P2

cos =

 

3

 

P0cos + a

 

 

3

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

 

1

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

3

 

3

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3ar

 

+ a

r

 

 

cos

+

3a

 

r

 

3 cos

 

1:

 

 

2:6:25

. 1

! " # 2.6.21 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

u r =

 

3

+ a

 

r cos +

3a

 

r

 

3 cos

 

 

 

 

1 4

2 ! ! " # 2.6.25 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

 

3

 

 

 

 

2

 

 

 

 

u r =

3ar

 

 

+ a

 

r

 

 

cos

+

 

3a

r

 

3 cos

 

1:

90